一種復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)，其特征是多聯(lián)空調系統(tǒng)是在室外側設置兩個或兩個以上的室外復合式制冷模塊構成多聯(lián)空調系統(tǒng)的冷源系統(tǒng)，室外復合式制冷模塊由第一冷媒的蒸氣壓縮制冷循環(huán)回路與第二冷媒循環(huán)回路復合構成，在室內側設置一個或一個以上的直接蒸發(fā)式室內冷風機模塊，冷媒儲存輸送單元通過集液管、供液總管和回氣總管連接在室外復合式制冷模塊與室內冷風機模塊之間構成閉式循環(huán)系統(tǒng)。本實用新型根據空調對象的設計熱負荷配置室內、外的模塊數(shù)，精確調節(jié)制冷量，滿足各類全天候運行的數(shù)據機房和電子設備的熱控需求；可最大化利用晝夜、過渡季節(jié)和冬季的自然冷源，實現(xiàn)空調系統(tǒng)大幅度節(jié)能減排。
【專利說明】一種復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及制冷空調【技術領域】，具體涉及一種能夠最大化利用自然冷源低成本輸送熱量的復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]信息產業(yè)和數(shù)字化建設的快速發(fā)展，推動了數(shù)據機房、通訊基站的數(shù)量，建設規(guī)?？焖僭鲩L，據統(tǒng)計機房、基站空調的能耗占其總能耗的40%?50%。機房、基站的顯熱負荷比大，一年四季需連續(xù)制冷運行，在室內側設定溫度高于室外環(huán)境溫度的季節(jié)，尤其在低溫季節(jié)或寒冷地區(qū)，常規(guī)的數(shù)據機房和通訊基站空調系統(tǒng)仍需繼續(xù)運行制冷壓縮機，制冷系統(tǒng)工作效率低而且易發(fā)生故障，若能利用室內外溫差(自然冷源)低成本輸送熱量或為室內側提供冷量，將大大減小空調系統(tǒng)的能耗和運行成本。
[0003]利用室外低溫空氣為室內側提供冷量的方法已得到業(yè)內學者和工程技術人員的關注，并以不同的形式展開工程技術研究與應用，如目前采用的新風系統(tǒng)，此外還有不同形式的氣-氣、氣-水熱交換系統(tǒng)，以及應用熱管技術的復合型空調。
[0004]中國實用新型專利ZL200720019537.8中公開了一種機房輔助節(jié)能制冷裝置，當室外空氣溫度較低時，空調停止工作，直接將室外低溫空氣送至室內用于電子柜等設備降溫，利用自然冷源，減少空調能耗。但這種直接利用室外低溫空氣用于電子冷卻由于不能確保室內空氣品質，無法杜絕室外的灰塵、水分等進入室內，易對服務器等電子設備造成損害。
[0005]中國實用新型專利ZL201020114596.X中公開了一種用于通信基站的自然冷能熱交換裝置，包括空氣換熱器、室內風機、室外風機及其箱體。當室外溫度較低時，將室外低溫空氣引入，與室內空氣進行熱交換，間接利用自然冷源降低基站內空氣溫度，減少基站能耗。此種氣-氣熱交換雖然能夠保證室內空氣的品質，但對于熱負荷大和溫度均勻度要求高的機房對象，需要龐大的換熱面積以克服氣-氣熱交換器傳熱效率低的弊端。
[0006]中國發(fā)明專利CN201010528027.X中公開了一種風冷式熱管型機房空調系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有壓縮式制冷和熱管循環(huán)制冷兩種工作模式。當室外溫度> 20°C時制冷模式工作，參與制冷循環(huán)的第一制冷工質在蒸發(fā)冷凝器中蒸發(fā)吸熱，冷卻和冷凝第二制冷工質；當室外溫度< 20°C時，系統(tǒng)轉換為熱管循環(huán)制冷模式，利用室外低溫空氣對第二制冷工質進行冷卻和冷凝，壓縮式制冷循環(huán)停止工作，從而有效減少全年空調能耗。此系統(tǒng)在利用室外低溫空氣冷量和確保室內空氣品質方面彌補了前兩種系統(tǒng)的不足，但壓縮式制冷和熱管循環(huán)制冷兩種工作模式在某一溫度點切換，室外低溫空氣的自然冷源沒得到充分利用；對于執(zhí)行GB/T 19413-2010的空調系統(tǒng)，由于室內側設定溫度為24°C，壓縮式制冷轉換到熱管循環(huán)制冷的室外環(huán)境溫度必定很低，自然冷源的利用率低。
[0007]實用新型專利ZL01278831.7公開了一種帶循環(huán)泵的節(jié)能型制冷循環(huán)裝置，在熱管循環(huán)系統(tǒng)中使用循環(huán)泵有利于提高熱管循環(huán)的工作效率，也簡化了熱管系統(tǒng)安裝時對冷凝器、儲液器和蒸發(fā)器相對位置的要求，但ZL01278831.7在最大化利用室外低溫空氣的冷量方面的不足與CN201010528027.X類似，即熱管循環(huán)工作的上限溫度必須較低才能與制冷循環(huán)平穩(wěn)銜接。
[0008]大數(shù)據、云計算等信息化技術發(fā)展的推動，大型數(shù)據機房面積已發(fā)展到數(shù)千?數(shù)十萬平方米，單位面積熱流密度從5kW增長到超級計算機系統(tǒng)的35kW之多，產生了對更大功率的高效空調系統(tǒng)及其更靈活的組合和控制方式的需要。
實用新型內容
[0009]為避免機房空調系統(tǒng)在低溫季節(jié)仍需要運行蒸氣壓縮制冷所產生的高能耗及可靠性等不足，滿足大型數(shù)據機房數(shù)百?數(shù)萬kw容量的空調需求，并解決復合式制冷空調系統(tǒng)多機并聯(lián)技術及制冷量調節(jié)與能量控制等問題，最大化地利用自然冷源，實現(xiàn)復合空調產品規(guī)模化、高效率生產和應用，本實用新型提供了一種復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)。
[0010]本實用新型為解決技術問題采用如下技術方案:
[0011]本實用新型復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)的結構特點是:所述多聯(lián)空調系統(tǒng)是在室外側設置兩個或兩個以上的室外復合式制冷模塊構成多聯(lián)空調系統(tǒng)的冷源系統(tǒng)，在室內側設置一個或一個以上的直接蒸發(fā)式室內冷風機模塊，冷媒儲存輸送單元通過集液管、供液總管以及回氣總管連接在所述室外復合式制冷模塊與室內冷風機模塊之間構成閉式循環(huán)系統(tǒng)；
[0012]所述室外復合式制冷模塊由第一冷媒的蒸氣壓縮制冷循環(huán)回路與第二冷媒的復合制冷循環(huán)回路通過換熱器復合構成，并通過第二冷媒向室內冷風機模塊輸送冷量；所述蒸氣壓縮制冷循環(huán)回路按第一冷媒的流向依次設置為:壓縮機、風冷換熱總成中的風冷冷凝器、節(jié)流機構以及換熱器中的蒸發(fā)通道；所述壓縮機的高壓排氣側與風冷冷凝器的入口相連接、低壓吸氣側與蒸發(fā)通道的出口相連接；所述壓縮機為兩臺定頻制冷壓縮機的并聯(lián)組合；所述復合制冷循環(huán)回路具有復合制冷工作路徑和蒸氣壓縮制冷工作路徑；所述復合制冷工作路徑是:第二冷媒在進口支管連接閥中導入，依次經第二電磁閥、風冷換熱總成中的風冷換熱器和換熱器中的冷凝通道，并在出液支管連接閥中導出；所述蒸氣壓縮制冷工作路徑是:第二冷媒在所述進口支管連接閥中導入，依次經第一電磁閥和換熱器中的冷凝通道后在所述出口支管連接閥中導出；所述換熱器采用板式換熱器或殼管式冷凝蒸發(fā)器；在所述風冷換熱總成中，設置風機是為所述風冷換熱器和所述風冷冷凝器的共用風機；
[0013]所述室內冷風機模塊是由蒸發(fā)器、蒸發(fā)風機和流量控制閥構成，各室內冷風機模塊的出口支路連接閥并聯(lián)連接至回氣總管，并通過所述回氣總管與各室外復合式制冷模塊的進口支管連接閥相連接；所述流量控制閥設置在所述蒸發(fā)器的入口端，所述流量控制閥的感溫元件安裝在所述蒸發(fā)器的出口端的管壁上；所述流量控制閥為比例調節(jié)閥，所述感溫元件將蒸發(fā)器出口的冷媒溫度信號轉換為壓力信號，并通過毛細管傳遞至流量控制閥，調節(jié)流量控制閥的開度，從而控制蒸發(fā)器的供液量及其出口的過熱度；
[0014]所述冷媒儲存輸送單元包括儲液器和液泵，所述儲液器的輸入端通過集液管與各室外復合式制冷模塊中的出液支管連接閥相連接，所述儲液器的輸出端通過液泵并經供液總管與各室內冷風機模塊的進口支路連接閥相連接；
[0015]在所述儲液器的頂部設有溢氣管，所述溢氣管通過單向閥與回氣總管相連通，所述單向閥是以儲液器朝向回氣總管的流動方向單向導通。
[0016]本實用新型復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)的結構特點也在于:在所述的風冷換熱總成中，風冷換熱器和風冷冷凝器均采用平行流換熱器，并迎著風向平行并列，所述風冷換熱器位于入風側、風冷冷凝器位于出風側，且與所述風機構成一個風道。
[0017]本實用新型復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)的結構特點也在于:在所述冷媒儲存輸送單元中，液泵為定頻屏蔽泵以保持供液壓頭穩(wěn)定，在供液總管與儲液器之間設置旁通管及旁通閥，所述旁通閥的開度受其入口壓力控制，壓力大則開度大，反之亦然。
[0018]本實用新型復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)的結構特點也在于:所述風機為高速、中速以及停止的三檔有級調速風機。
[0019]本實用新型復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)的結構特點也在于:所述第一冷媒選用R410A、R417、R22、R134a、R290或R32制冷劑，或選用天然制冷劑R744，所述第二冷媒選用R134a、R22、R290 或 R32 制冷劑。
[0020]本實用新型復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)的控制方法是:設置所述多聯(lián)空調系統(tǒng)為蒸氣壓縮制冷和復合制冷的兩種不同工作模式，并有:
[0021]在ATa〈A的工況下，運行蒸氣壓縮制冷的工作模式；
[0022]在ATa彡A的工況下，運行復合制冷的工作模式；
[0023]其中:ATa = Th_Ta，Th為回氣總管中第二冷媒實時溫度的測量值，Ta為室外環(huán)境溫度的測量值，A為設定值。
[0024]本實用新型復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)的控制方法的特點還在于:
[0025]所述蒸氣壓縮制冷的工作模式是指:復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)的冷量全部由運行蒸氣壓縮制冷所提供；在所述蒸氣壓縮制冷的工作模式下，投入運行的室外復合式制冷模塊中的壓縮機和風機運行、第一電磁閥開啟、第二電磁閥關閉，第二冷媒通過進口支管連接閥和第一電磁閥，在換熱器的冷凝通道中與蒸發(fā)通道內的第一冷媒進行熱交換，第二冷媒放熱冷凝后經過出液支管連接閥和集液管進入儲液器；對于某個室外復合式制冷模塊，只有在兩臺壓縮機均停止工作時，該室外復合式制冷模塊的風機才停止運行，并且第一電磁閥和第二電磁閥關閉；
[0026]制冷量的調節(jié)通過壓縮機的加載或減載來實現(xiàn)，其控制方法是:
[0027]若滿足Β-ΛΒ彡Tb彡Β+ΛΒ，維持壓縮機運行數(shù)量不變；
[0028]若滿足B+ Δ B〈Tb，逐個啟動未運行的壓縮機進行加載；
[0029]若滿足Tb〈B - Δ B,逐個停止已運行的壓縮機進行減載；
[0030]其中:B為儲液器內第二冷媒的設定溫度，ΛΒ為B的控制偏差，Tb為儲液器內第二冷媒的實時溫度檢測值。
[0031]本實用新型復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)的控制方法也在于于:
[0032]所述復合制冷的工作模式是指:優(yōu)先利用風冷換熱器提供冷量，不足冷量通過控制制冷壓縮機的運行臺數(shù)進行補充；所述復合制冷的控制方式是:若室外側有制冷壓縮機運行，則冷源系統(tǒng)中所有室外復合式制冷模塊的風機高速運行，第一電磁閥關閉、第二電磁閥開啟，第二冷媒通過進口支管連接閥、第二電磁閥，首先在風冷換熱器中放熱，然后通過換熱器的冷凝通道進一步放熱，經出液支管連接閥進入集液管，再流入儲液器；
[0033]在所述復合式制冷的工作模式下，壓縮機的加載或減載的控制方法是:
[0034]若滿足Β-ΛΒ彡Tb彡Β+ΛΒ，維持壓縮機運行數(shù)量不變；
[0035]若滿足B+AB〈Tb，逐個啟動未運行的壓縮機進行加載，直至每個室外復合制冷模塊中都有一個壓縮機投入工作，之后若是仍然滿足B+Λ B〈Tb，再進行第二輪室外復合制冷模塊的第二個壓縮機加載；
[0036]若滿足Tb〈B - Λ B，逐個停止已運行的壓縮機進行減載，直至每個室外復合制冷模塊中僅有一個壓縮機工作，之后若是仍然滿足Tb〈B - Δ B,再進行第二輪減載，直至所有室外復合制冷模塊的壓縮機全部停止工作。
[0037]本實用新型復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)的控制方法也在于:
[0038]在復合制冷的工作模式下，當室內側熱負荷低于由風冷換熱器所提供的冷量時，所有壓縮機停止工作；按如下規(guī)則調節(jié)制冷量:
[0039]若滿足Β-ΛΒ彡Tb彡Β+ΛΒ，維持風機運行數(shù)量和速度不變；
[0040]若滿足Tb〈B_ Λ B，逐個降低風機的轉速為中速，之后若是仍然滿足Tb〈B_ ΛΒ，則逐個停止風機的運行；
[0041]當工況發(fā)生變化使得滿足B+AB〈Tb時，以中速逐個運行風機，之后若是仍然滿足B+ Δ B〈Tb，則逐個提高風機轉速至高速。
[0042]本實用新型復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)的控制方法也在于:
[0043]對于所述系統(tǒng)中所有室外復合式制冷模塊，采用先開則先停的輪值運行方式進行工作；對于所述系統(tǒng)中所有壓縮機，同樣采用先開則先停的輪值運行方式進行工作，設置各壓縮機的啟停間隔時間為3?5分鐘。
[0044]與已有技術相比，本實用新型有益效果體現(xiàn)在:
[0045]1、本實用新型集成應用了蒸氣壓縮式制冷和低功耗自然冷源規(guī)?；瘧玫娘L冷相變制冷新技術，根據室內外溫差和室內熱負荷狀況進行工況切換和制冷量調節(jié)，復合制冷循環(huán)工作模式的應用拓寬了應用自然冷源的工作溫區(qū)，避免了室內外溫差較小時自然冷源不足而必須單一運行蒸氣壓縮制冷工作模式，可實現(xiàn)最大化利用自然冷源，達到空調機組低成本運行和節(jié)能的目的。
[0046]2、本實用新型多聯(lián)空調系統(tǒng)的室外側由兩個或兩個以上的室外復合式制冷模塊構成多聯(lián)空調系統(tǒng)的冷源系統(tǒng)，可根據空調設計負荷靈活配置室外復合式制冷模塊的數(shù)量和室內冷風機模塊的數(shù)量，負荷匹配和空調系統(tǒng)增容方便；室外復合式制冷模塊采用雙壓縮機并聯(lián)設置，多壓縮機系統(tǒng)的能量調節(jié)精度提高，在單壓縮機工作時冷凝換熱器面積大，制冷系統(tǒng)熱效率高；如遇某個壓縮機故障，不至于該室外復合式制冷模塊故障停機，即使某個室外復合式制冷模塊發(fā)生故障，也便于快速維修或更換，不會對數(shù)據中心空調系統(tǒng)的運行質量有大的影響，可靠性高。
[0047]3、本實用新型將室外復合式制冷模塊的風冷換熱器、風冷冷凝器和風機設計成風冷換熱總成，有益于提高生產效率和產品質量；風冷換熱器、風冷冷凝器為鋁質微通道平行流結構，其質輕、體積小，傳熱效率高，可明顯減小傳熱溫差、提高系統(tǒng)熱效率；兩個換熱器共用一個風機通道使得空間結構緊湊，系統(tǒng)布局美觀，造價低。
[0048]4、風冷冷凝器是蒸氣壓縮循環(huán)系統(tǒng)的關鍵部件，功能是冷卻、冷凝和過冷高溫高壓的制冷劑，在室外為高、中溫的環(huán)境下工作，中溫環(huán)境下風冷冷凝器的傳熱溫差大、傳熱能力富裕；風冷換熱器僅在室外為中、低溫的環(huán)境下才工作，利用自然冷源部分替代或完全替代高功耗的壓縮機制冷，是本實用新型產生大幅度節(jié)能效果的關鍵；將風冷換熱器與風冷冷凝器分別設置在入風側和出風側，兩者僅在室外為中溫的條件下同時工作，風冷換熱器設置在入風側，既增大了風冷換熱器的制冷量，提高了利用自然冷源的效率，經風冷換熱器加熱的空氣溫升小于10°c，對蒸氣壓縮循環(huán)系統(tǒng)高效運行和提高制冷系統(tǒng)的可靠性有積極的效果。
[0049]5、本實用新型設置冷媒儲存輸送單元，配置大容量第二冷媒儲液器，熱容量大，可快速響應被調對象熱負荷頻繁、寬幅變化，穩(wěn)定性好，調節(jié)精度高；液泵輸送第二冷媒為室內側集中循環(huán)供冷，動力循環(huán)可靠性高，不受安裝位置限制；第二冷媒在放熱端和吸熱段進行相變換熱，傳熱系數(shù)大、換熱效率高，換熱器結構緊湊，避免了采用氣-氣或氣-水換熱器傳熱效率低，換熱器面積龐大的問題，而且循環(huán)流量小，輸送功??；采用液泵強制循環(huán)，供液量穩(wěn)定，流量調節(jié)便捷、精確；液泵壓頭可根據供液距離、落差及系統(tǒng)阻力進行最佳匹配，利于空調溫度的精密控制。
[0050]6、本實用新型復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)采用多個室外復合式制冷模塊，每個室外復合式制冷模塊中都有兩個定頻制冷壓縮機，通過壓縮機開停機進行制冷量調節(jié)，避免了變頻制冷壓縮機運行在低轉速時的低效率，同時也避免了使用變頻裝置所產生的電磁干擾，降低了多聯(lián)空調系統(tǒng)的故障率和制造成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0051]圖1為本實用新型復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)方框圖；
[0052]圖2為本實用新型中室外復合式制冷模塊方框圖；
[0053]圖3a為本實用新型中風冷換熱總成主視結構示意圖；
[0054]圖3b為本實用新型中風冷換熱總成側視結構示意圖；
[0055]圖4為本實用新型中室內冷風機模塊方框圖；
[0056]圖5為本實用新型復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)能量調節(jié)規(guī)劃示意圖；
[0057]圖中標號:1室外復合式制冷模塊，2冷媒儲存輸送單元，3室內冷風機模塊，4集液管，5供液總管，6回氣總管，11壓縮機，12風冷換熱總成，121風冷換熱器，122風冷冷凝器，123風機，13節(jié)流機構，14換熱器，141蒸發(fā)通道，142冷凝通道，151進口支管連接閥，152出液支管連接閥，16第一電磁閥，17第二電磁閥，21液泵，22儲液器，23旁通管，24旁通閥，25溢氣管，26單向閥，31蒸發(fā)器，32蒸發(fā)風機，33流量控制閥，34毛細管，35感溫元件，361進口支路連接閥，362出口支路連接閥。

【具體實施方式】
[0058]參見圖1和圖2，本實施例中復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)的結構設置為:在室外側設置兩個或兩個以上的室外復合式制冷模塊1構成多聯(lián)空調系統(tǒng)的冷源系統(tǒng)，在室內側設置一個或一個以上的直接蒸發(fā)式室內冷風機模塊3，冷媒儲存輸送單元2通過集液管4、供液總管5和回氣總管6連接在室外復合式制冷模塊1與室內冷風機模塊3之間構成閉式循環(huán)系統(tǒng)。
[0059]如圖2所示，本實施例中室外復合式制冷模塊1由第一冷媒的蒸氣壓縮制冷循環(huán)回路與第二冷媒的復合制冷循環(huán)回路通過換熱器14復合構成，并通過第二冷媒向室內冷風機模塊3輸送冷量；蒸氣壓縮制冷循環(huán)回路按第一冷媒的流向依次設置為:壓縮機11、風冷換熱總成12中的風冷冷凝器122、節(jié)流機構13以及換熱器14中的蒸發(fā)通道141 ;壓縮機
11的高壓排氣側與風冷冷凝器122的入口相連接、低壓吸氣側與蒸發(fā)通道141的出口相連接；壓縮機11為兩臺定頻制冷壓縮機的并聯(lián)組合；復合制冷循環(huán)回路具有復合制冷工作路徑和蒸氣壓縮制冷工作路徑；復合制冷工作路徑是:第二冷媒在進口支管連接閥151中導入，依次經第二電磁閥17、風冷換熱總成12中的風冷換熱器121和換熱器14中的冷凝通道142，并在出液支管連接閥152中導出；蒸氣壓縮制冷工作路徑是:第二冷媒在進口支管連接閥151中導入，依次經第一電磁閥16和換熱器14中的冷凝通道142后在出口支管連接閥152中導出；換熱器14是采用板式換熱器或者殼管式冷凝蒸發(fā)器；在風冷換熱總成12中，設置風機123是為風冷換熱器121和風冷冷凝器122的共用風機，風機123為高速、中速以及停止的三檔有級調速風機；第一冷媒選用R410A、R417、R22、R134a、R290或R32制冷齊U，或選用天然制冷劑R744，第二冷媒選用R134a、R22、R290或R32制冷劑。
[0060]參見圖4，本實施例中室內冷風機模塊3是由蒸發(fā)器31、蒸發(fā)風機32和流量控制閥33構成，各室內冷風機模塊3的出口支路連接閥362并聯(lián)連接至回氣總管6，并通過回氣總管6與各室外復合式制冷模塊1的進口支管連接閥151相連接；流量控制閥33設置在蒸發(fā)器31的入口端，流量控制閥33的感溫元件35安裝在蒸發(fā)器31的出口端的管壁上。流量控制閥33為比例調節(jié)閥，感溫元件35將蒸發(fā)器31出口的冷媒溫度信號轉換為壓力信號，并通過毛細管34傳遞至流量控制閥35，調節(jié)流量控制閥33的開度，從而控制蒸發(fā)器31的供液量及其出口的過熱度。
[0061]如圖1所示，本實施例中冷媒儲存輸送單元2包括儲液器22和液泵21，儲液器22的輸入端通過集液管4與各室外復合式制冷模塊1中的出液支管連接閥152相連接，儲液器22的輸出端通過液泵21并經供液總管5與各室內冷風機模塊3的進口支路連接閥361相連接；在儲液器22的頂部設有溢氣管25，溢氣管25通過單向閥26與回氣總管6相連通，單向閥26是以儲液器22朝向回氣總管6的流動方向單向導通。設置冷媒儲存輸送單元，配置較大容量的第二冷媒儲液器，儲液熱容量大則熱慣性大，可快速響應被調對象熱負荷頻繁、寬幅變化，供液溫度的穩(wěn)定性好，空調溫度精度高；液泵輸送第二冷媒為室內側集中循環(huán)供冷，動力循環(huán)可靠性高，不受安裝位置限制；第二冷媒在放熱端和吸熱端進行相變換熱，傳熱系數(shù)大、換熱效率高，換熱器體積小、結構緊湊，循環(huán)流量小，輸送功小；采用液泵強制循環(huán)，供液量穩(wěn)定，流量調節(jié)便捷、精確；液泵壓頭可根據供液距離、落差及系統(tǒng)阻力進行最佳匹配，利于空調溫度的精密控制。
[0062]具體實施中，相應的結構設置也包括:
[0063]如圖2、圖3a和圖3b所示，在風冷換熱總成12中，風冷換熱器121和風冷冷凝器122均采用平行流換熱器，并迎著風向平行并列，風冷換熱器121位于入風側、風冷冷凝器122位于出風側，且與風機123構成一個風道，圖3a中各箭頭所示為風向。風冷冷凝器122是蒸氣壓縮循環(huán)系統(tǒng)的關鍵部件，功能是冷卻、冷凝和過冷高溫高壓的制冷劑，在室外為高、中溫的環(huán)境下工作，中溫環(huán)境下風冷冷凝器的傳熱溫差大、傳熱能力富裕；風冷換熱器121在室外為中、低溫的環(huán)境下工作，利用自然冷源部分替代或完全替代高功耗的壓縮機11制冷，是本實用新型產生大幅度節(jié)能效果的關鍵；將風冷換熱器121與風冷冷凝器122分別設置在入風側和出風側，兩者僅在室外為中溫的條件下同時工作，風冷換熱器121設置在入風側，既增大了風冷換熱器121的制冷量，提高了利用自然冷源的效率，經風冷換熱器121加熱的空氣溫升小于10°C，對蒸氣壓縮循環(huán)系統(tǒng)高效運行和提高制冷系統(tǒng)的可靠性有積極的效果。將室外復合式制冷模塊1的風冷換熱器121、風冷冷凝器122和風機123設計成風冷換熱總成，有益于提高生產效率和產品質量；風冷換熱器121、風冷冷凝器122采用鋁質微通道平行流結構，質輕、體積小，傳熱效率高，可明顯減小傳熱溫差、提高系統(tǒng)熱效率；兩個換熱器共用一個風機通道使得空間結構緊湊，系統(tǒng)布局美觀，造價低。
[0064]如圖1所示，在冷媒儲存輸送單元2中，液泵21為定頻屏蔽泵以保持供液壓頭穩(wěn)定，在供液總管5與儲液器22之間設置旁通管23及旁通閥24，旁通閥24的開度受其入口壓力控制，壓力大則開度大，反之亦然。其目的是:當室內側熱負荷較小、流量控制閥33開度較小時，將多余的第二冷媒旁通至儲液器22，保持室內冷風機模塊3的蒸發(fā)壓力相對穩(wěn)定。
[0065]本實施例中復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)的控制方法是:設置多聯(lián)空調系統(tǒng)為蒸氣壓縮制冷和復合制冷的兩種不同工作模式，并有:
[0066]在ATa〈A的工況下，運行蒸氣壓縮制冷的工作模式；
[0067]在ATa彡A的工況下，運行復合制冷的工作模式；
[0068]其中:ATa = Th_Ta，Th為回氣總管6中第二冷媒實時溫度的測量值，八為室外環(huán)境溫度的測量值，A為設定值。
[0069]具體實施中，蒸氣壓縮制冷的工作模式是指:復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)的冷量全部由運行蒸氣壓縮制冷所提供，如圖5的A2-A3段，通過控制制冷壓縮機11的運行臺數(shù)，調節(jié)制冷量與空調熱負荷相匹配；在蒸氣壓縮制冷的工作模式下，投入運行的室外復合式制冷模塊1中的壓縮機11和風機123運行、第一電磁閥16開啟、第二電磁閥17關閉，第二冷媒通過進口支管連接閥151和第一電磁閥16，在換熱器14的冷凝通道142中與蒸發(fā)通道141內的第一冷媒進行熱交換，第二冷媒放熱冷凝后經過出液支管連接閥152和集液管4進入儲液器22 ;對于某個室外復合式制冷模塊1，只有在兩臺壓縮機11均停止工作時，該室外復合式制冷模塊1的風機123才停止運行，并且第一電磁閥16和第二電磁閥17關閉；
[0070]制冷量的調節(jié)通過壓縮機11的加載或減載來實現(xiàn)，其控制方法是:
[0071]若滿足Β - ΛΒ彡Tb彡Β+ΛΒ，維持壓縮機11運行數(shù)量不變；
[0072]若滿足B+AB〈Tb，逐個啟動未運行的壓縮機11進行加載；
[0073]若滿足Tb〈B - ΔΒ,逐個停止已運行的壓縮機11進行減載；
[0074]其中:B為儲液器22內第二冷媒的設定溫度，ΛΒ為B的控制偏差，Tb為儲液器22內第二冷媒的實時溫度檢測值，B和ΛB均為設定值，可根據空調對象及溫控精度要求設定，方便用戶使用和調試。
[0075]復合制冷的工作模式是指:優(yōu)先利用風冷換熱器(121)提供冷量，不足冷量通過控制制冷壓縮機11的運行臺數(shù)進行補充，如圖5的Α1-Α2段，Μ點風冷換熱器121提供的冷量為Q2，運行壓縮機11提供制冷量Qi作為補充；復合制冷的控制方式是:若室外側有制冷壓縮機11運行，則冷源系統(tǒng)中所有室外復合式制冷模塊1的風機123高速運行，最大化利用自然冷源，第一電磁閥16關閉、第二電磁閥17開啟，第二冷媒通過進口支管連接閥151、第二電磁閥17，首先在風冷換熱器121中放熱，然后通過換熱器14的冷凝通道142進一步放熱，經出液支管連接閥152進入集液管4，再流入儲液器22。
[0076]在復合式制冷的工作模式下，壓縮機11的加載或減載的控制方法是:
[0077]若滿足Β-ΛΒ彡Tb彡Β+ΛΒ，維持壓縮機11運行數(shù)量不變。
[0078]若滿足B+AB〈Tb，逐個啟動未運行的壓縮機11進行加載，直至每個室外復合制冷模塊1中都有一個壓縮機11投入工作后，之后若是仍然滿足B+Λ B〈Tb，再進行第二輪室外復合制冷模塊1的第二個壓縮機11加載。
[0079]若滿足Tb〈B - ΛΒ，逐個停止已運行的壓縮機11進行減載，直至每個室外復合制冷模塊1中僅有一個壓縮機11工作后，之后若是仍然滿足Tb〈B_ Λ B，再進行第二輪減載，直至所有室外復合制冷模塊1的壓縮機11全部停止工作。
[0080]在復合制冷的工作模式下，當室內側熱負荷低于由風冷換熱器121所提供的冷量時，所有壓縮機11停止工作，如圖5的Α0-Α1段，復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)運行在完全利用自然冷源的最節(jié)能工作狀態(tài)，為了保證供液溫度和空調溫度精度，以如下規(guī)則調節(jié)風冷換熱器121所產生的制冷量:
[0081]若滿足Β - ΛΒ彡Tb彡Β+ΛΒ，維持風機123運行數(shù)量和速度不變。
[0082]若滿足Tb〈B_ Λ B，逐個降低風機123的轉速為中速，之后若是仍然滿足Tb〈B_ΛΒ，則逐個停止風冷電機123的運行。
[0083]當工況發(fā)生變化使得滿足B+ Δ B<Tb時，以中速逐個運行風機123，之后若是仍然滿足B+AB〈Tb，則逐個提高風機123轉速至高速，直至壓縮機11開始工作。
[0084]圖5中橫坐標為室外環(huán)境溫度，縱坐標為能量，包括:空調額定熱負荷，壓縮機制冷量，風冷制冷量和空調能耗。其中A2-A3段為壓縮機制冷，壓縮機加減載調節(jié)制冷量；A1-A2段為復合制冷，風冷滿負荷運行，壓縮機加減載調節(jié)制冷量;A0-A1段，壓縮機停止工作，調節(jié)風機速度調節(jié)風冷的制冷量；在各段中，空調總能耗的變化如最底部線段，從高溫至低溫，分別是Wl、W2、W3、W4、W5。
[0085]如圖5所示，機房熱負荷在寬溫區(qū)不變；蒸氣壓縮制冷和風冷制冷的輸出制冷量在運行區(qū)間隨著環(huán)溫的下降而增大，需要進行能量調節(jié)使之與機房熱負荷相匹配。A3-A2段為蒸氣壓縮制冷模式工作區(qū)，復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)的冷量全部由運行蒸氣壓縮制冷來提供，通過控制壓縮機11運行臺數(shù)調節(jié)制冷量輸出，對應的能耗變化從W1至W2 ；A1-A2段為過渡季節(jié)的復合制冷區(qū)，風冷換熱器121滿負荷運行最大化利用自然冷源，控制壓縮機11運行臺數(shù)調節(jié)制冷量輸出，對應能耗變化從W3至W4，由于風冷循環(huán)工作有效地減少了壓縮機11的能耗，W2>W3 ；A1-A0段為低溫季節(jié)，機房熱負荷低于由風冷換熱器(121)所提供的冷量，所有壓縮機11停止工作，復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)運行在完全利用自然冷源的最節(jié)能工作狀態(tài)，控制風機123速度或運行個數(shù)調節(jié)風冷換熱器121所提供的制冷量，對應能耗變化從W4至W5 ;在寬溫區(qū)內，復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)的總能耗隨著環(huán)溫的下降逐漸減小，自然冷源的使用大幅降低了系統(tǒng)的總能耗，如采用單一的蒸氣壓縮制冷，則在整個運行溫區(qū)A3-A0空調能耗變化為W1至W6，不僅能耗增加，同時還增加蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)運行在低溫環(huán)境的故障風險。
[0086]對于系統(tǒng)中所有室外復合式制冷模塊1，采用先開則先停的輪值運行方式進行工作；對于系統(tǒng)中所有壓縮機11，同樣采用先開則先停的輪值運行方式進行工作，提高復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)的平均壽命和關鍵部件的利用率；預先設置各壓縮機11的啟停間隔時間為3?5分鐘。實際運行中，在冷媒儲存輸送單元2中，通常需要配置兩臺液泵21，以便形成一用一備的輪值運行，保證系統(tǒng)運行可靠性。
[0087]以一臺實際運行的高性能計算機系統(tǒng)的空調為實施例，閉式服務器機柜的設定送風溫度為22°C、回風溫度為33°C。
[0088]回氣總管6中第二冷媒溫度與室外環(huán)境溫度的差值為ATa，A的設定值為2，若Λ Ta〈2，運行蒸氣壓縮制冷工作模式；若ATa > 2，運行復合制冷工作模式。
[0089]可以預測:當室外空氣溫度> 20°C時，空調系統(tǒng)運行在蒸氣壓縮制冷區(qū)；室外空氣溫度< 20°C時，空調系統(tǒng)可以運行在復合制冷工作區(qū)；由于計算機系統(tǒng)通常工作負荷在40?60%范圍，復合制冷工作區(qū)的運行規(guī)則是:滿負荷運行風冷以實現(xiàn)最大化利用自然冷源室，當風冷換熱器121所產生的制冷量大于或等于熱負荷時，壓縮機11停止工作，空調系統(tǒng)完全利用自然冷源，實現(xiàn)空調系統(tǒng)低能耗運行。
[0090]當ATa〈2時，空調機組的冷源系統(tǒng)運行在蒸氣壓縮制冷工作模式，其控制方法是:沒投入運行的復合式制冷模塊1的壓縮機11、風機123、第一電磁閥16、第二電磁閥17均處于關閉狀態(tài)；投入運行的復合式制冷模塊1的壓縮機11和風機123運行、第一電磁閥16開、第二電磁閥17關，第二冷媒通過進口支管連接閥151、第一電磁閥16，在換熱器14的冷凝通道142中與蒸發(fā)通道141內的第一冷媒進行熱交換，第二冷媒放熱冷凝，經出液支管連接閥152進入集液管4，再流入儲液器22。
[0091]設定儲液器22內第二冷媒的溫度及偏差為18°C ±1°C，Tb為儲液器22內第二冷媒的實時溫度，壓縮機11的加、減載及能量調節(jié)的控制方法是:
[0092]若滿足17°C< Tb ( 19°C，維持不變；若滿足19°C <Tb，逐個啟動壓縮機11進行加載；若滿足Tb〈17°C，逐個停止壓縮機11進行減載。
[0093]當ATa > 2時，空調機組的冷源系統(tǒng)運行在復合制冷工作模式，其控制規(guī)則是:優(yōu)先運行風冷，最大化利用自然冷源，不足冷量由運行壓縮機制冷予以補充。
[0094]若室外側有制冷壓縮機11運行，則冷源系統(tǒng)中所有復合式制冷模塊1的風機123滿負荷運行，第一電磁閥16關、第二電磁閥17開，第二冷媒通過進口支管連接閥151、第二電磁閥17，首先在風冷換熱器121中放熱，然后通過換熱器14的冷凝通道142進一步放熱、經出液支管連接閥152進入集液管4，再流入儲液器22。
[0095]在復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)運行在復合制冷工作模式時，壓縮機11的加、減載及能量調節(jié)的控制方法是:若滿足17°C< Tb ( 19°C，維持不變；若滿足19°C <Tb，逐個啟動壓縮機11進行加載，直至每個復合制冷模塊1中都有一個壓縮機11投入工作后，再進行第二輪復合制冷模塊1的第二個壓縮機11的加載；若滿足Tb〈17°C，逐個停止壓縮機11進行減載，直至每個復合制冷模塊1中僅有一個壓縮機11工作后，再進行第二輪減載，直至所有復合制冷模塊1的壓縮機11全部停止工作。
[0096]復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)運行在復合制冷工作模式時，當室外環(huán)境溫度較低、或室內側熱負荷較小、或兩種情況同時出現(xiàn)，制冷壓縮機11全部停機后，能量調節(jié)的規(guī)則是:若滿足Tb〈17°c，按設定程序逐個降低風機123的轉速為中速，若仍滿足Tb〈17°C，則逐個停止風機123的運行；
[0097]復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)運行在復合制冷工作模式時，在部分或全部風機123停機后，當室外環(huán)境溫度回升、或室內側熱負荷增大、或兩種情況同時出現(xiàn)，若滿足19°C <Tb,以中速逐個運行風機123，若仍滿足19°C <Tb，則逐個提高風機123的轉速至高速，若仍滿足19°C <Tb，啟動壓縮機11補充制冷量不足。
[0098]運行中，對于系統(tǒng)中所有室外復合式制冷模塊1，采用先開則先停的輪值運行方式進行工作；對于系統(tǒng)中所有壓縮機11，同樣采用先開則先停的輪值運行方式進行工作。
[0099]本實用新型用于室內側設定溫度為27°C或24°C的機房等空調對象，其儲液器22內第二冷媒的設定溫度Tb可適當調整，在滿足空調送風溫度和制冷量要求的條件下，最大化利用室外低溫空氣作為自然冷源，實現(xiàn)空調系統(tǒng)的低碳運行和室內空氣的高品質。
【權利要求】
1.一種復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)，其特征是:所述多聯(lián)空調系統(tǒng)是在室外側設置兩個或兩個以上的室外復合式制冷模塊(I)構成多聯(lián)空調系統(tǒng)的冷源系統(tǒng)，在室內側設置一個或一個以上的直接蒸發(fā)式室內冷風機模塊(3)，冷媒儲存輸送單元(2)通過集液管(4)、供液總管(5)以及回氣總管(6)連接在所述室外復合式制冷模塊⑴與室內冷風機模塊(3)之間構成閉式循環(huán)系統(tǒng)； 所述室外復合式制冷模塊(I)由第一冷媒的蒸氣壓縮制冷循環(huán)回路與第二冷媒的復合制冷循環(huán)回路通過換熱器(14)復合構成，并通過第二冷媒向室內冷風機模塊(3)輸送冷量；所述蒸氣壓縮制冷循環(huán)回路按第一冷媒的流向依次設置為:壓縮機(11)、風冷換熱總成(12)中的風冷冷凝器(122)、節(jié)流機構(13)以及換熱器(14)中的蒸發(fā)通道(141)；所述壓縮機(11)的高壓排氣側與風冷冷凝器(122)的入口相連接、低壓吸氣側與蒸發(fā)通道(141)的出口相連接；所述壓縮機(11)為兩臺定頻制冷壓縮機的并聯(lián)組合；所述復合制冷循環(huán)回路具有復合制冷工作路徑和蒸氣壓縮制冷工作路徑；所述復合制冷工作路徑是:第二冷媒在進口支管連接閥(151)中導入，依次經第二電磁閥(17)、風冷換熱總成(12)中的風冷換熱器(121)和換熱器(14)中的冷凝通道(142)，并在出液支管連接閥(152)中導出；所述蒸氣壓縮制冷工作路徑是:第二冷媒在所述進口支管連接閥(151)中導入，依次經第一電磁閥(16)和換熱器(14)中的冷凝通道(142)后在所述出口支管連接閥(152)中導出；所述換熱器(14)采用板式換熱器或殼管式冷凝蒸發(fā)器；在所述風冷換熱總成(12)中，設置風機(123)是為所述風冷換熱器(121)和所述風冷冷凝器(122)的共用風機； 所述室內冷風機模塊(3)是由蒸發(fā)器(31)、蒸發(fā)風機(32)和流量控制閥(33)構成，各室內冷風機模塊(3)的出口支路連接閥(362)并聯(lián)連接至回氣總管￠)，并通過所述回氣總管(6)與各室外復合式制冷模塊(I)的進口支管連接閥(151)相連接；所述流量控制閥(33)設置在所述蒸發(fā)器(31)的入口端，所述流量控制閥(33)的感溫元件(35)安裝在所述蒸發(fā)器(31)的出口端的管壁上；所述流量控制閥(33)為比例調節(jié)閥，所述感溫元件(35)將蒸發(fā)器(31)出口的冷媒溫度信號轉換為壓力信號，并通過毛細管(34)傳遞至流量控制閥(35)，調節(jié)流量控制閥(33)的開度，從而控制蒸發(fā)器(31)的供液量及其出口的過熱度；所述冷媒儲存輸送單元(2)包括儲液器(22)和液泵(21)，所述儲液器(22)的輸入端通過集液管(4)與各室外復合式制冷模塊(I)中的出液支管連接閥(152)相連接，所述儲液器(22)的輸出端通過液泵(21)并經供液總管(5)與各室內冷風機模塊(3)的進口支路連接閥(361)相連接； 在所述儲液器(22)的頂部設有溢氣管(25)，所述溢氣管(25)通過單向閥(26)與回氣總管(6)相連通，所述單向閥(26)是以儲液器(22)朝向回氣總管(6)的流動方向單向導通。
2.根據權利要求1所述的復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)，其特征是:在所述的風冷換熱總成(12)中，風冷換熱器(121)和風冷冷凝器(122)均采用平行流換熱器，并迎著風向平行并列，所述風冷換熱器(121)位于入風側、風冷冷凝器(122)位于出風側，且與所述風機(123)構成一個風道。
3.根據權利要求1所述的復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)，其特征是:在所述冷媒儲存輸送單元(2)中，液泵(21)為定頻屏蔽泵以保持供液壓頭穩(wěn)定，在供液總管(5)與儲液器(22)之間設置旁通管(23)及旁通閥(24)，所述旁通閥(24)的開度受其入口壓力控制，壓力大則開度大，反之亦然。
4.根據權利要求1所述的復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)，其特征是:所述風機(123)為高速、中速以及停止的三檔有級調速風機。
5.根據權利要求1所述的復合式制冷多聯(lián)空調系統(tǒng)，其特征是:所述第一冷媒選用R410A、R417、R22、R134a、R290或R32制冷劑，或選用天然制冷劑R744，所述第二冷媒選用R134a、R22、R290 或 R32 制冷劑。
【文檔編號】F24F5/00GK204063423SQ201420599766
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年10月16日 優(yōu)先權日:2014年10月16日
【發(fā)明者】王鐵軍, 曾曉程, 劉志峰, 王景暉 申請人:中國揚子集團滁州揚子空調器有限公司